本文選題：嵌段共聚物 + 圓柱受限��； 參考：《山西師范大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：嵌段共聚物在不同的調(diào)控手段下能夠形成豐富的多尺度有序結(jié)構(gòu),而結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),這些新奇結(jié)構(gòu)所展現(xiàn)的特有的功能性質(zhì)使得聚合物體系擁有十分重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。本文圍繞嵌段共聚物自組裝有序結(jié)構(gòu)的調(diào)控及其動(dòng)力學(xué)機(jī)理進(jìn)行研究。我們采用元胞動(dòng)力學(xué)方法(CDS)和布朗動(dòng)力學(xué)方法(BD)來研究振蕩剪切場(chǎng)和圓柱受限共同作用下、不同表面化學(xué)以及不同性質(zhì)納米棒誘導(dǎo)下對(duì)稱/非對(duì)稱嵌段共聚物的自組裝行為及其動(dòng)力學(xué)過程。主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:第一章主要介紹了在本體、圓柱受限、外場(chǎng)、以及納米粒子誘導(dǎo)下嵌段共聚物體系自組裝的研究進(jìn)展。同時(shí)對(duì)聚合物體系的相分離熱力學(xué)理論、動(dòng)力學(xué)理論以及元胞動(dòng)力學(xué)(CDS)方法、布朗動(dòng)力學(xué)(BD)方法做了簡要介紹。第二章采用元胞動(dòng)力學(xué)方法研究了在振蕩剪切場(chǎng)和圓柱受限共同作用下嵌段共聚物的自組裝行為。預(yù)測(cè)了嵌段共聚物圓柱受限體系在振蕩剪切場(chǎng)中的微相結(jié)構(gòu)。通過改變其受限程度D/L0(D為圓柱納米孔的直徑,L0為體相周期)、剪切振幅和剪切頻率,研究了在不同受限環(huán)境下,剪切頻率和剪切振幅對(duì)嵌段共聚物相行為的影響。同時(shí)進(jìn)一步探討了在不同受限程度下,嵌段共聚物隨振幅和頻率發(fā)生微相轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)機(jī)理。發(fā)現(xiàn)在小管徑下,受限效應(yīng)占主導(dǎo);大管徑下,場(chǎng)效應(yīng)占主導(dǎo);而在中管徑下,最終的相形貌是由受限效應(yīng)和場(chǎng)效應(yīng)相互競(jìng)爭的結(jié)果。為實(shí)驗(yàn)上用兩種不同調(diào)控手段相結(jié)合的方式制造無缺陷有序的納米結(jié)構(gòu)提供了一定的理論基礎(chǔ)。第三章采用元胞動(dòng)力學(xué)以及布朗動(dòng)力學(xué)聯(lián)用的方法探討了對(duì)稱兩嵌段共聚物在不同表面化學(xué)納米棒誘導(dǎo)下的微相轉(zhuǎn)變。通過改變不同表面化學(xué)納米棒的數(shù)目,我們得到了規(guī)整的平行層狀結(jié)構(gòu),而納米棒則以邊對(duì)邊的排列方式垂直分布在相界面上。對(duì)于不同數(shù)目納米棒誘導(dǎo)下所發(fā)生的從無序到平行層狀再到斜層狀結(jié)構(gòu)的微相轉(zhuǎn)變,通過疇尺寸的動(dòng)力學(xué)演化過程以及微觀疇的取向序隨時(shí)間的變化做了進(jìn)一步的分析及驗(yàn)證。同時(shí)還對(duì)所得到的完美平行層狀結(jié)構(gòu)的形貌演化過程及其疇的生長動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了探討。另外,還研究了納米棒的性質(zhì)、棒-相相互作用(浸潤強(qiáng)度)、棒-棒相互作用、棒長以及嵌段共聚物的聚合度對(duì)聚合物納米復(fù)合材料相行為的影響。所得結(jié)果為如何在納米尺度上得到有序的相結(jié)構(gòu),以及如何提高聚合物納米復(fù)合材料的功能性提供了有益的指導(dǎo)。第四章研究了不對(duì)稱兩嵌段共聚物在不同性質(zhì)納米棒誘導(dǎo)下的相行為。通過改變浸潤A相的棒長,聚合物體系發(fā)生了從斜層狀結(jié)構(gòu)到平行層狀結(jié)構(gòu),再到垂直層狀結(jié)構(gòu),最后到海島狀結(jié)構(gòu)的相轉(zhuǎn)變。其中納米棒由端對(duì)端平行于相界面的排列方式轉(zhuǎn)變?yōu)檫厡?duì)邊垂直于相界面的排列方式,最后轉(zhuǎn)變?yōu)獒斣趰u狀A(yù)相中的聚集排列。對(duì)于該相轉(zhuǎn)變,我們從疇尺寸的動(dòng)力學(xué)演化做了進(jìn)一步的分析及驗(yàn)證。同時(shí),還對(duì)平行層狀結(jié)構(gòu)及垂直層狀結(jié)構(gòu)做了形貌演化及疇生長的動(dòng)力學(xué)過程分析。另外我們還研究了單浸潤納米棒的數(shù)目對(duì)聚合物體系相行為的影響,發(fā)現(xiàn)浸潤B相的納米棒比浸潤A相的納米棒更容易誘導(dǎo)非對(duì)稱嵌段共聚物形成層狀結(jié)構(gòu)。除此之外,我們還探討了棒-相相互作用強(qiáng)度、棒-棒相互作用強(qiáng)度、以及聚合度對(duì)單浸潤納米棒誘導(dǎo)的非對(duì)稱嵌段共聚物體系相行為的影響。最后,在第五章中,我們對(duì)本文的主要結(jié)論做了總結(jié),并對(duì)今后的研究工作進(jìn)行了展望。
[Abstract]:The block copolymers can form rich multiscale ordered structures under different regulatory means, and the structure determines their properties. The unique functional properties of these novel structures make the polymer system have a very important potential application value. In this paper, the regulation and dynamics mechanism of the self-assembled structure of block copolymer and its kinetic mechanism are discussed in this paper. We use the cellular dynamics (CDS) method and Brown dynamics method (BD) to study the self assembly behavior and dynamic process of symmetric / asymmetric block copolymers under the interaction of oscillating shear field and cylinder confinement, with different surface chemistry and different properties of nanorods. The main contents are as follows: In the first chapter, the progress in self assembly of block copolymer system under the induction of body, cylinder confinement, external field and nanoparticles is introduced. The phase separation thermodynamics theory, kinetic theory, CDS method and Brown dynamic (BD) method of polymer system are briefly introduced. The second chapter adopts cellular dynamics. The self-assembly behavior of block copolymers under the joint action of oscillating shear field and cylinder confinement was studied by the method of study. The microphase structure of the block copolymer cylindrical confinement system in the oscillating shear field was predicted. The shear amplitude and shear frequency were studied by changing the confinement degree D/L0 (D is the diameter of the cylindrical nanoscale, L0 phase period), and the shear amplitude and frequency. The effect of shear frequency and shear amplitude on the phase behavior of block copolymers under different confinement conditions. At the same time, the kinetic mechanism of microphase transition of block copolymers with amplitude and frequency under different restrictions is further explored. It is found that the confinement effect is dominant under the tube diameter; the field effect is dominant under the large diameter of the tube; The final phase appearance is the result of the competition between the confinement effect and the field effect. It provides a certain theoretical basis for the fabrication of non defective and ordered nanostructures by the combination of two different means of regulation in the experiment. The third chapter discusses the symmetric two block copolymers by the method of cellular dynamics and Brown dynamics. The microphase transition induced by different surface chemical nanorods. By changing the number of different surface chemical nanorods, we get a regular parallel layered structure, while the nanorods are vertically distributed on the phase interface by the arrangement of edge to side. The microphase transformation of the structure is further analyzed and verified by the dynamic evolution of the domain size and the change of the orientation sequence of the micro domain. Meanwhile, the evolution process of the perfect parallel layered structure and the growth kinetics of the domain are also discussed. In addition, the properties of the nanorods are also studied. The effect of phase interaction (infiltration strength), rod and rod interaction, rod length and the degree of polymerization of block copolymers on the phase behavior of polymer nanocomposites. The results provide useful guidance on how to obtain orderly phase structure on nanoscale and how to improve the functionality of polymer nanocomposites. Fourth chapters The phase behavior of asymmetric two block copolymers is induced by different properties of nanorods. By changing the length of the rods infiltrating the A phase, the polymer system takes place from the diagonal layer to the parallel layered structure, then to the vertical layered structure, and finally to the phase transition of the island structure. The arrangement of edge to side perpendicular to the phase interface was changed to the aggregation arrangement in the island A phase. For the phase transition, we further analyzed and verified the dynamic evolution of domain size. At the same time, the dynamics of the morphology and domain growth of the parallel layered structure and the vertical layered structure were also analyzed. In addition, we also studied the effect of the number of single infiltrating nanorods on the phase behavior of the polymer system. It was found that the nanorods infiltrating the B phase were more likely to induce the asymmetric block copolymers to form a layered structure than the nanorods infiltrating A phase. In addition, we also discussed the strength of the rod phase interaction, the rod and rod interaction strength, and the degree of polymerization. The effect of the phase behavior of asymmetric block copolymer system induced by single infiltrating nanorods. Finally, in the fifth chapter, we summarize the main conclusions of this paper and look forward to the future research work.
【學(xué)位授予單位】：山西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O631.1

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本文編號(hào)：2072226